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血氧機如何監測血氧?穿戴裝置的測量準確嗎?——關於血氧檢測的二三事

Aaron H._96
・2021/06/08 ・2715字 ・閱讀時間約 5 分鐘

某些 COVID-19(也稱新冠肺炎、武漢肺炎)患者會有快樂缺氧(也被稱為「隱性缺氧」)而導致突然崩潰的現象(延伸閱讀:COVID – 19 患者的隱形殺手:快樂缺氧。為什麼會發生?該如何預防?),也因此血氧機、血氧 APP 各種帶有血氧測試功能的穿戴式裝置,在近期都取得了不少的關注。

測量血氧最重要的目的,是要了解身體內氧氣交換的狀況。

血氧會受到大氣壓力、呼吸道是否通暢、是否貧血、肺泡交換氣體的能力等因素影響。各種不同的血氧測量方式,也會影響血氧值的準確程度。

目前醫療認可的血氧測量的方式,主要有兩種:一種是用「血氧機」測得 SpO2 (脈搏血氧飽和度),一種則是用從「血液」測得 SaO2(動脈血氧飽和度)。使用血氧機的好處是測量容易、非侵入式,但也容易因為測量方式的不同,影響準確度;而利用血液測量血氧濃度則較為直接、準確,但過程比較麻煩,需要由醫療人員抽血才能得到。 

血氧機怎麼測?脈搏血氧飽和度 SpO2

Pulse Oximeter finger digital device to measure oxygen saturation in blood and pulse rate.

SpO2 指的是周邊微血管的血氧飽和度,利用「氧合血紅素」與「血紅素」吸光值不同,用波長 660nm 和波長 940nm 的光所測到的數據。

理論上,血液中的氧氣量不管是在運動或睡眠期間,都應該相對穩定維持在正常值 95%~100%。如果低於 95%,就可能表示有缺氧的現象。

由於血氧機只有兩種波長的光,所以只能測到兩種不同的血紅素,因此 SpO2 的計算公式為:

SpO2 = 氧合血紅素 / (氧合血紅素 + 還原血紅素)

SpO2 最大的好處就是容易測量,但也可能受到許多因素影響,像是手腳冰冷、末端血液循環較差、抽菸、肥胖或是一氧化碳中毒,都有可能影響數據判讀。

由於 SpO2 容易受到影響,所以如果和臨床的症狀不符(例如,患者很喘,但SpO2 在正常範圍內),臨床醫師通常會建議抽動脈血以取得較真實的血氧數據。

目前認為 COVID-19 確診者的 SpO2 一旦低於 94 % 後便會急速下降,因此建議血氧飽和度低於 94% 者,要盡快聯繫醫療人員尋求協助。1

抽血才知道:動脈血氧飽和度 SaO2

The nurse draws blood from a vein for test

SaO2 (Sat O2) 是直接抽取動脈血後,放在血氧分析機下所取得的血氧飽和度。測量動脈血的機器中有四種波長,所以能夠偵測「被一氧化碳結合的血紅素」,比用血氧機測 SpO2 又更接近實際狀況。SaO2 的公式為:

SaO2 = 氧合血紅素 / (氧合血紅素 + 還原血紅素 + 一氧化碳血紅素 + 變性血紅素)

此外,某些呼吸或心臟照護的專責病房,會設有簡便的「動脈血分析儀」,這種分析儀並沒有一氧化碳測定儀 ( CO-oximeter),因此它是假定患者的氧合血紅素解離曲線正常下,帶入 PO2、PCO2 及血液 pH 值所求得的數據,與標準的血氧分析機獲得的資訊仍有可能有差距,僅供參考用。

血氧 APP、運動手環能夠取代血氧機嗎?

醫療用的血氧機必須符合 ISO 80601-2-61:2017 的規範,能夠有效區分 70% ~ 100% 的血氧濃度;但除了醫療用的血氧機和抽血之外,市面上也出現許多運動手環以及血氧 APP,號稱具有偵測血氧數據的功能,究竟這些數據又有多準確呢?

以血氧 APP 為例,使用時會用手指(常用是食指),遮蓋住手機的鏡頭與閃光燈,讓手機上的閃光燈發出強光後,再用鏡頭接收手指微血管的搏動。APP 會利用光體積變化描記圖法(Photoplethysmogram, PPG),紀錄微血管的脈搏。

但一般消費型的手機多半不具備紅外線感光設備,無法像血氧機一樣,取得氧合血紅素的比例,所以這一類的 APP 大多是使用自行開發的演算法,分析拍攝到的影像、並濾出特定顏色的訊號,來「模擬」血氧機的兩種波長。

目前這些模擬的演算法,精準度和敏感度都還沒有獲得食品藥物管理局的認可,因此可信度仍然無法作為醫療決策使用。

市面上出現許多號稱可以測得血氧的APP,但數據其實無法作為醫療使用。

除了血氧 APP 外,價格較昂貴的運動手環則模仿了血氧機的規格,在手錶的背面加上了發光二極體和感測器。

以 iWatch 為例,iWatch 利用背面的四個 LED 發射出紅光、綠光、紅外光來照射手腕上的微血管,再用四個感測器接收反射訊號來測量血氧。

與血氧機不同的是,運動手環偵測血氧的時候,手錶必須緊貼手腕,而皮膚顏色、手腕的毛髮、配戴手錶的位置、錶帶的鬆緊度和運動時的晃動等因素,都會影響測量的準確度,所以目前也還無法作為醫療目的使用。

許多現代穿戴式裝置,也陸續搭載測量血氧的功能。

在家就能做的簡單測試: 6 分鐘步行測試 (6MWT)

如果手邊真的沒有血氧機的話,根據英國國家衛生研究院的建議2,無症狀或是輕症的確診民眾,可以試著在家做 6 分鐘步行測試。

這項測試不需要特殊器材,只要用一般步行的速度,在平地上持續走上六分鐘(60歲以上患者為 3 分鐘),即可初步地評估自己的心肺功能。如果無法完成這項測試、中途需要休息、頭暈喘不過氣甚至覺得自己快要暈倒,表示心肺功能可能較差,請立即停止測試,並聯繫醫療人員或是家庭醫師做進一步檢查。

在家步行 6 分鐘,可簡易評估身體是否缺氧。圖/envato elements

手上有血氧機的人,在也可以在進行 6 分鐘步行測試的同時配帶血氧機。只要血氧一度掉到 93 % 或是掉落幅度大於 3%,也應該盡快聯繫醫療人員,做進一步的診斷和確認3

對於一般呼吸較淺、長時間臥床的年長者;有心臟病、血管疾病、貧血等狀況的患者;常常覺得頭暈頭痛、長時間在封閉空間工作的上班族;晚上打呼,疑似有呼吸中止症或是有抽菸習慣的人,也都可以用上述的方式,注意自己的基礎心肺功能和血氧狀況,盡早接受治療。


參考文獻

  1. 2019 冠狀病毒病 (COVID-19):如何監測您的血氧含量。https://www1.nyc.gov/assets/doh/downloads/pdf/covid/providers/covid-19-monitor-oxygen-patient-handout-ch.pdf
  2. Mantha, S., Tripuraneni, S. L., Roizen, M. F., & Fleisher, L. A. (2020). Proposed Modifications in the 6-Minute Walk Test for Potential Application in Patients With Mild COVID-19: A Step to Optimize Triage Guidelines. Anesthesia & Analgesia, 131(2), 398–402. https://doi.org/10.1213/ane.0000000000004986
  3. What Is The 6-Minute Walk Test For COVID-19? https://pharmeasy.in/blog/what-is-the-6-minute-walk-test-for-covid-19/

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防疫宅在家的三個科學抒壓提案

PanSci_96
・2021/06/24 ・1955字 ・閱讀時間約 4 分鐘

全台進入疫情三級警戒一個月,無論是分流上班、分組上班或完全居家上班,過去這一個月對上班族來說難免焦躁不安,即便現階段疫情仍然嚴峻,不如專注難得的「低度外出」生活,讓躁動的心安靜下來,迎接宅家新常態。台灣最受知識社群歡迎的新媒體泛科學,整理了三個宅在家的科學抒壓法,讓你不僅宅,還宅得很科學。

一、轉念:將壓力轉助力

居家辦公拉開物理距離,網路會議不如面對面開會來的溝通無礙,甚至更耗費心神,這些壓力讓你工作表現失常了嗎?

圖/pexels

哈佛大學曾做過一個壓力處理方式的研究,發現「認知再評估策略」能夠幫助人們在壓力下較不受影響。

研究人員將受試者分為 A、B、C 三組,研究人員請實驗組 A 試著「忽略壓力」、實驗組 B 嘗試「將壓力轉念」,控制組 C 不採取任何手段。接著讓受試者們分別進行 5 分鐘的演說並計算數學題目,過程中研究人員故意皺眉、雙臂交叉抱胸、給予負向回饋等,讓受試者感受到壓力。

結果發現,試著將壓力轉念的 B 組受試者們的血液更加流暢,這讓他們在演說和算數時不受干擾、專注處理問題。其實研究人員不過是在實驗前和 B 組說「雖然壓力會讓你心跳加速,但可把這些變化看作是興奮的反應」,如此一來,B 組受試者能夠專注即將來臨的挑戰。

二、閉眼休息,增加創意力

面對排山倒海的提案,是否想不出好點子呢?根據日本科學家的研究,只要閉上雙眼就能激發創意

研究人員找來 40 位大學生,分別在睜眼或閉眼時為一款米和茶想新的產品名稱,實驗開始前研究人員各提供 5 個名稱範例以誤導受試者,包括 XX 光、XX 茶,若受試者想出的名稱以「光」或「茶」做結尾,就被視為不具創意的「聚斂」名稱,若跳脫框架、採用不同用字,則是有創意的「擴散」名稱。

圖/pixabay

在睜眼狀態測試時,受試者在思考名稱時同時觀看一支幾何圖形的影片,在睜眼和閉眼的狀態下,受試者各有一分鐘為產品命名。

最後研究結果指出,受試者在閉眼時想出擴散名稱的比例,是睜眼時的 1.6 倍!這可能是因為閉眼會防止我們的大腦受到視覺干擾,確實有助於激發創意。居家辦公別忘了適時閉上雙眼休息,保護視力也提升想像力。

三、理性飲酒,有助放鬆

當然不是在白天上班時喝酒,在結束一天的工作後,很多人會喜歡藉由「喝一杯」放鬆,究竟為何酒精能讓人放鬆呢?

圖/pexels

這個祕密與大腦構造有關,腦部最外側有大腦皮質負責理性與思考,內側邊緣系統負責感情與記憶,酒精第一個影響的事情為抑制大腦皮質的活動,因為酒精是能讓神經運作減緩並鎮定神經的液體,因此當大腦皮質的功能減弱後,被理智意志的情感與本能的衝動可能會顯現出來,喝酒能夠放鬆,僅是舒緩平常緊繃的理性神經、讓壓力宣洩。

雖然適當飲酒有助於抒壓,但過度飲酒也會讓腦部運動和記憶的機能「鎮定」下來,導致無法走直線或直接斷片。(同場加映:酒醉是怎麼一回事?

然而,壓力並不全然是壞事,對於變化莫測的疫情,有點焦慮反而更謹慎,例如擔憂染疫而勤洗手,便能有效降低風險。面對遠距工作的新常態,各行各業勢必得經過一番調整,保持警覺但不過度焦慮,居家辦公也能事半功倍喔!

瀏覽更多宅在家科學:防疫在家不停學,生活也能好科學測你的防疫指數

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